二维微动工作台分析及其优化设计方法

设计了一种压电陶瓷驱动的二维微动工作台,采用结构力学理论建立了工作台的简化模型,并推导出工作台沿x、y方向刚度计算表达式。将工作台简化为2自由度弹簧一质点系统,得出其前二阶固有频率计算表达式。通过微动工作台固有频率及沿x、y方向刚度的试验测试,验证了解析法和有限元法用于微动工作台设计分析的可行性。采用有限元法,研究了微动工作台的直角平板柔性铰链特征参数对微动工作台性能的影响。有限元分析结果表明:当平板柔性铰链长度较小或铰链宽度较大时,其刚度、频率及驱动力较高,然而铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数,可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的,并提出一种优化设计微动工作台柔性铰链的简易方法。     

基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究

基于柔性铰链结构的新型双向微动工作台的研究＊高鹏（北京航空航天大学北京１０００８３）袁哲俊姚英学（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）０引言以柔性铰链为导向机构的超高精度微动工作台已被广泛用于能束加工、超精密检测、微操作系统等要求具有纳米级定位分辨率的...     

平面三自由度微动工作台的输入耦合分析

基于线性分析理论，建立了柔性铰链式平面三自由度精密定位平台的分析模型；提出了一种计算该类工作台输入耦合的线性求解方法，该方法具有求解简便和计算量小等优点；针对微动工作平台的特点建立了有限元分析模型，通过有限元仿真，验证了线性法的正确性；讨论了有关参数对工作台输入耦合的影响程度，给出了对输入耦合有较大影响的设计参数。研究结果对设计低耦合输入微动工作平台具有指导意义。     

基于双向平面四杆机构的二维微动工作台的设计与有限元分析

基于双向平面四杆机构设计出了二维微动工作台,该工作台采用了内外双层柔性铰链支撑结构,利用压电陶瓷驱动,具有结构简单、加工方便等优点。为了验证该工作台能达到预期效果,在Pro/E中建模再导入ANSYS中进行静态分析,分析结果与计算结果吻合较好。同时在ANSYS中对微动工作台施加X和Y向不同力时,得到X和Y向位移及工作台的最大应力,通过比较得到位移与力成正比,应力与位移成正比,与公式一致,最后建立了微动工作台的动态模型,解析计算与有限元模态分析求解固有频率基本一致,说明该微动工作台基本满足要求。     

三自由度精密定位工作台的设计与仿真

研究设计一种以压电陶瓷为驱动器,柔性铰链机构为导轨的精密定位工作台.分析和计算柔性铰链微位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,建立精密定位工作台的输入输出方程,确定微定位工作台各自由度的变形量与压电陶瓷驱动器伸缩量之间的关系.最后使用ANSYS软件对微定位工作台的运动进行仿真,给出微动平台的运动范围.     

新型二自由度微动工作台的设计和有限元分析

介绍了一种无耦合运动的二自由度微位移工作台,该结构便于微位移工作台尺寸的小型化。文中推导了工作台载荷与位移的关系式;采用有限元的方法对工作台三维模型进行仿真计算,得到该工作台对应于载荷的位移和应力值。有限元计算的结果和推导公式的计算结果相吻合。     

微动工作台的误差源分析

并联微动工作台广泛用于高精度场合,制造误差、装配误差、以及工作过程中温度与重力的作用都会影响到终端定位精度,因此有必要对误差源进行研究.以一种3-PPTTRS微动工作台为例,利用矢量闭环,在微动工作台单支链标准模型的基础上建立基于杆长的误差模型和基于柔性铰链的误差模型.考虑到杆的制造误差、柔性铰链的制造误差、装配误差、驱动部件的运动误差和温度变化引起的杆长不准确,建立相应的矢量闭环方程.分别分析柔性转动副、柔性球副和柔性胡克铰的制造误差和装配误差对微动工作台终端定位精度的影响,详细分析切入半径的误差、切入圆圆心沿x方向的位移偏差、切入圆圆心沿y方向的位移偏差、沿z方向的偏转等柔性铰链制造误差以及垂直度、同轴度等柔性铰链装配误差对微动工作台终端位姿的影响.分析温度和重力对精度的影响.有限元仿真结果表明,温度对微动工作台的影响很大,而重力的影响基本上可以忽略不计.该方法对复杂并联微动机器人的精度设计提供了有效的途径.     

微机数控交流伺服X—Y工作台系统软件的开发与研究

本文针对微机数控交流伺服Ｘ－Ｙ工作台的硬件结构以及其工作机理,介绍了一套可实现应用的微机数控交流伺服系统软件的开发。该系统是以ＢｏｒａｎｄＣ＋＋ＦｏｒＷｉｎｄｏｗｓ编程的多功能界面的人机交互软件,依据国际标准手工编程代码开发的,包含系统监控,插补算法,控制算法等许多模块,已成功应用于的数轨变控制实验以及伺服特性实验,具有很强的可移植性,通用性及实用性,并易于进行二次开发。     

平面3自由度并联微动工作台的运动学分析

讨论了一种平面3自由度柔性并联微动工作台的运动情况。首先建立了机构的两个闭合回路,简化了Y.Yong,T.Lu和D.Handley[3]提出的3条闭合回路的模型。再根据“伪刚体模型”法建立方程,从而得到各柔性铰链的旋转角度及机构的运动情况。最后根据齐次坐标变换得到机构运动输入与输出关系,有助于得到机构的运动空间和范围。     

一种大工作空间密度的压电微动二维工作台设计

针对目前微纳定位工作台工作空间密度小的问题,设计了一种新型二自由度对称式并联微纳定位工作台。分析了影响平行四边形位移放大机构变形的主要因素;对直圆柔性铰链、平行板柔性铰链和倒圆角直梁型柔性铰链进行刚度计算;采用能量法和位移矩阵得出平行四边形位移放大机构输出力和载物台运动位移的计算公式;优化平台尺寸,并对优化后的结果进行有限元仿真和实验分析。实验后得到设计平台的工作空间尺寸为143.7μm×142.1μm,工作空间密度可达2.521μm~2/mm~2,与同类型平台相比,能够实现较大的工作空间密度。     

基于压电陶瓷的新型尺蠖式微位移器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,基于尺蠖运动原理设计了一种高精度定位的微位移器。本文详细介绍了这种新型尺蠖式微位移器的设计过程。针对当前压电陶瓷驱动电源不能将断电后的压电陶瓷中的电荷放出的缺点,本文所设计的新型放电电路使其放电时间达到毫秒级。通过加入这个放电电路,压电陶瓷将能更快的恢复原形,提高了压电陶瓷的运动精确性。     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状.针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构.介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析.该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称、紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值.     

新型蠕动式微细电火花加工机构

阐述了小型微细电火花加工机构的研究现状。针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该新型机构能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高,其结构对称,紧凑可靠,可以实现从任意方位任意角度进行加工,有较高的实用价值。     

新型蠕动式微细电火花加工装置的设计开发

首先概括阐述了小型化微细电火花加工机构的研究现状。在此基础上,针对现在遇到的主要问题,设计开发了一种新型的管状结构蠕动式微细电火花加工机构,能够对微细电极进行较为有效精确的夹持和定位,响应速度较高。介绍了该新型机构的原理和实现方式,并对其主要部件进行了理论建模和有限元分析。该机构可以实现从任意方位任意角度进行加工,结构对称,紧凑可靠,有较高的实用价值。     

蠕动式压电/电致伸缩微进给定位机构的研究进展

叙述蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机的研究现状;基于仿生蠕动和压电致动惯性冲击或ｓｔｉｃｋ－ｓｌｉｐ微进给原理,许多构思巧妙的一维和多维一体的蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构或系统相继问世。迄今,进给刚度和推力较小,以及不连续进给运动制约了蠕动机构的实际应用,进一步的研究将推进蠕动式压电／电致伸缩微进给定位机构的实用化,使其不仅用于测量,亦能用于加工。     

仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。     

地铁车辆起动区段钢轨波磨成因分析

为研究地铁出站口附近直线起动区段钢轨波磨形成原因,利用有限元软件ABAQUS建立了三维实体轮对-轨道瞬态滚动接触模型,并结合现场实测,从时域和频域上对波磨现象进行了分析。研究结果表明：车辆起动过程中,车轮与钢轨表面接触带会产生准周期特性的滑移区域,且滑移区域中心之间的距离与实测波磨的波长范围接近,从而验证了模型的合理性和有效性;轮轨系统的不稳定摩擦自激振动是导致实测区段钢轨波磨产生的根本原因,正是由于轮轨蠕滑力“饱和-非饱和”的周期特性,最终促使了波磨的形成;钢轨和车轮的垂向振动加速度等级在160~230 Hz频率范围内均出现了峰值区域,且频率范围与实测波磨的特征频率范围174~198 Hz接近,这进一步说明钢轨波磨是轮轨系统摩擦自激振动引起的车轮-钢轨共振所产生;在忽略初始不平顺的前提下,钢轨表面的波磨会随着车轮运行次数的增加呈现线性增长趋势,因此适当地采取钢轨打磨以及轨面润滑等措施尤为重要。     

尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究

针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷（Pb-Zr-Ti,简称PZT）叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究。结果表明：位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413 μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19 μm/s。以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。     

串列圆角弧边三角形双塔建筑气动干扰效应

对圆角弧边三角形双塔建筑在串列布置时的气动力进行了风洞试验研究,分析了不同排布方式和相对间距对受扰建筑层阻力系数、层升力系数以及基底弯矩系数功率谱密度的影响。试验结果表明：平均层阻力和升力系数的干扰效应主要表现为遮挡效应,当施扰建筑弧面迎风时相对更强;平均层阻力系数随间距比减小而减小,当双塔均关于来流方向对称时,平均层升力系数接近0,此时间距影响很小;顶部绕流会减弱遮挡作用,使得顶部附近的平均和脉动层风力系数相对增大;施扰建筑弧面迎风时脱落在尾流的漩涡将显著影响受扰建筑,大幅增强小间距比时受扰建筑的脉动风荷载,并使其横风向基底弯矩系数功率谱的峰值频率受控于尾流漩涡脱落频率。     

压电尺蠖直线电机的结构设计及特性分析与测试

为实现大行程、高分辨率定位,采用推动式结构来设计压电尺蠖直线电机的新构型。首先,采用斜楔式机构及蝶形弹簧对钳位机构进行了设计,并基于柔性结构对驱动机构进行了设计,所设计的电机结构紧凑、易于调节、可断电自锁;其次,采用有限元对钳位机构和驱动机构的静动态进行了仿真分析;最后,搭建了实验系统,对电机的位移、速度、分辨率进行了测试。结果表明:在4.5 mm的运动范围,电机输出位移具有良好的线性,在50 Hz的驱动电压作用下,电机的运动速度为59.1μm/s,电机输出位移的分辨率为24 nm。